(57)【要約】【課題】本発明は、排気浄化触媒の有する酸化能をより確実に推定することで、排気浄化触媒の温度を目的とする温度により確実に到達せしめるとともに、供給される燃料の大気への放出を抑制する内燃機関の排気浄化システムを提供する。【解決手段】排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒１７を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒１７の酸化能を推定し、該推定された酸化能に基づいて排気浄化触媒１７への燃料の供給や排気の酸素濃度を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、
前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定し、該推定された酸化能に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が高くなる程、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給量を減量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の酸素濃度を超えるとき、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給を禁止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記燃料供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度に基づいて該排気浄化触媒への燃料供給を制御し、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料供給を開始する前記排気浄化触媒の温度を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記燃料供給手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気へ燃料を添加する燃料添加手段を有し、
前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期以前の時期においては、前記内燃機関の燃焼条件を調整することで前記排気浄化触媒に燃料を供給し、
前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期より後の時期においては、前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始することで前記排気浄化触媒に燃料を供給することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始する前記排気浄化触媒の温度を算出し、
前記排気浄化触媒の温度が前記燃料供給制御手段によって算出された温度を超えることをもって、前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期とすることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒へ燃料を供給するとき、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段を、更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の濃度を超えるときに、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記酸素濃度制御手段は、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒へ燃料を供給するとき、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を略ストイキ状態の空燃比とすることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１１】
前記酸素濃度制御手段は、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒への燃料供給を開始した後の所定期間において、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記略ストイキ状態の空燃比よりリッチ状態の空燃比とすることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１２】
前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段を、更に備え、
前記酸素濃度制御手段は、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の大きい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度をより低下させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１３】
前記排気浄化触媒は、少なくとも貴金属とアルカリ金属から構成される触媒であることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１４】
前記排気浄化触媒は、少なくとも貴金属とアルカリ金属から構成される触媒であって、
前記排気浄化触媒の上流側の排気通路に設けられ、且つ少なくとも貴金属とアルカリ金属から構成される上段排気浄化触媒を、更に備えることを特徴とする請求項１から請求項１２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１５】
内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、
前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定する酸化能推定手段と、
前記酸化能推定手段によって推定される前記排気浄化触媒の酸化能が低くなる程、前記排気浄化触媒に流入する排気への燃料の供給を減量する燃料供給制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１６】
内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段と、
前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の小さい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を増加させる酸素濃度制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１７】
前記排気浄化触媒は、貴金属を構成成分とするとともに、アルカリ金属をその構成成分としない触媒であることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘ、ＨＣ等を除去し、排気を浄化する目的で、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒が設けられる。この排気浄化触媒として、排気中のＮＯｘを還元雰囲気において選択的に還元することで排気を浄化する選択還元型ＮＯｘ浄化触媒や、排気中のＮＯｘを吸蔵、還元することで排気を浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ浄化触媒の他に、三元触媒等が挙げられる。また吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ等によって、排気中の粒子状物質を捕集し、大気への粒子状物質の放出を抑制する。
【０００３】
ここで、これらの排気浄化触媒はその排気浄化のための触媒機能を十分に発揮するためには、排気浄化触媒の温度が所定の温度（以下、「活性温度」という）以上となることが必要とされる。そこで、排気浄化触媒の温度を活性温度以上とするために、排気中の酸素濃度に応じた燃料を排気行程において燃焼室に噴射し、下流の排気浄化触媒に供給する技術（例えば、特許文献１を参照）や、排気浄化触媒の上流側と下流側の排気のＮＯｘ濃度差に基づいて排気浄化触媒に供給する燃料の量を決定する技術（例えば、特許文献２を参照）が公開されている。排気浄化触媒に燃料が供給されると、該燃料が排気浄化触媒の酸化能に応じて酸化され、そこで生じるその酸化熱によって排気浄化触媒の温度が上昇する。
【０００４】
また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタにおいて、捕集された粒子状物質を酸化除去するために、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒およびフィルタに燃料を供給し、そこで発生する酸化熱によってフィルタの温度を上昇させる技術が知られている（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００５】
このように、排気浄化触媒の酸化能を利用することで、排気浄化触媒に供給された燃料の酸化反応における酸化熱で排気浄化触媒の温度、もしくは排気浄化触媒が担持されたフィルタの温度を上昇させることが可能である。
【特許文献１】特開平１１−２６４３３３号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９７１３号公報
【特許文献３】特開２００２−３８９３０号公報
【特許文献４】特開平６−１２９２３８号公報
【特許文献５】特開平５−３１２０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、排気浄化触媒の温度を、目的とする温度、例えば先述した活性温度へ上昇させるためには、排気浄化触媒の酸化能に応じて、適切な時期に適切な量の燃料を排気浄化触媒に供給する必要がある。
【０００７】
しかし、排気浄化触媒の酸化能を正確に推定することが困難であるため、排気浄化触媒
への燃料供給が適切な時期に行われなければ、燃料が酸化されず大気へ放出される。また、排気浄化触媒に供給する燃料が少量である場合には、排気浄化触媒の温度を目的とする温度まで確実に上昇させることが困難となり、一方で排気浄化触媒に供給する燃料が多量である場合には、供給された燃料が排気浄化触媒において酸化されずに大気へ放出される虞がある。
【０００８】
本発明では、上記した問題に鑑み、排気浄化触媒の有する酸化能をより確実に推定することで、排気浄化触媒の温度を目的とする温度により確実に到達せしめるとともに、供給される燃料の大気への放出を抑制する内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に着目した。排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度、即ち排気浄化触媒を構成する物質の置かれる雰囲気の酸素濃度によって、排気浄化触媒の酸化能が大きく変動する特性を排気浄化触媒が有するからである。さらには、排気浄化触媒を構成する物質によって、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の酸化能が、異なった特性を示すからである。
【００１０】
ここで、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の有する酸化能は、該排気の酸素濃度が高くなるに従い、低下する特性を示す場合と、該排気の酸素濃度が高くなるに従い、上昇する特性を示す場合と、が挙げられる。
【００１１】
そこで、先ず、前者の特性を示す排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、即ち、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定し、該推定された酸化能に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段と、を備える。
【００１２】
排気浄化触媒が、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能は低下する特性を示す要因として、酸化能を示す白金などの貴金属と、ＮＯｘを吸蔵する特性等を示すアルカリ金属とを該排気浄化触媒の構成成分としていることが想定される。
【００１３】
即ち、排気浄化触媒においてアルカリ金属をその構成成分として備えている場合、排気中の酸素がＮＯｘと同様にアルカリ金属に引きつけられることで、該アルカリ金属の近傍に存在する貴金属表面に酸素が吸着する、即ち酸素被毒が生じることで、貴金属の表面が酸素によって覆われ、貴金属の触媒作用である酸化能の効率が低下すると考え得る。尚、アルカリ金属を含む排気浄化触媒としては、先述したＮＯｘを吸蔵、還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や、アルカリ金属を含む三元触媒等が挙げられる。
【００１４】
このような特性を示す排気浄化触媒においては、排気の酸素濃度が排気浄化触媒の酸化能を決定する大きな要素である。従って、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて、排気浄化触媒の酸化能をより正確に推定することが可能となる。そして、その推定された排気浄化触媒の酸化能に対応した適正な量の燃料を適正な時期に排気浄化触媒に供
給することで、排気浄化触媒の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。尚、排気の酸素濃度は、該排気が流れる排気通路に備えられた酸素濃度センサによって検出する他、内燃機関の機関負荷や機関回転速度等の運転状態から推定することが可能である。
【００１５】
ここで、前記燃料供給制御手段による排気浄化触媒への燃料供給の制御として、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が高くなる程、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給量を減量し、逆に前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が低くなる程、前記燃料供給手段による前記排気浄化触媒への燃料の供給量を増量する制御が挙げられる。
【００１６】
即ち、排気浄化触媒の有する排気の酸素濃度に対する酸化能の推移に即した量の燃料を、燃料供給手段から該排気浄化触媒に供給することで、供給された燃料が排気浄化触媒の酸化能によって効率的に酸化され、排気浄化触媒の温度がより確実に目的の温度に上昇されるとともに、燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。
【００１７】
尚、上述の酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度によっては該排気浄化触媒の有する酸化能が著しく低下する場合がある。そのような場合においてまで、該排気浄化触媒の温度を上昇させるために該排気浄化触媒への燃料供給を行うと、大気への燃料の放出を回避することが困難となる。
【００１８】
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の酸素濃度を超えるとき、前記排気浄化触媒への燃料の供給を禁止するようにする。ここで、所定の酸素濃度とは、該排気浄化触媒の酸化能が著しく低下し、大気への燃料放出の抑制が困難となる排気の酸素濃度であり、該排気浄化触媒の触媒特性や容量等によって決定され得る。
【００１９】
このように、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が所定の酸素濃度を超える場合には、該排気浄化触媒への燃料供給による該排気浄化触媒の温度上昇は行われない。このような場合には、燃料の噴射時期の遅角側への移行等によって該排気浄化触媒に流入する排気の温度自体を昇温させることで、排気浄化触媒の温度上昇を図る。
【００２０】
ここで、排気浄化触媒の酸化能を決定する要因として、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が挙げられることは先述の通りであるが、排気浄化触媒の酸化能を決定する別の要因として排気浄化触媒の温度がある。即ち、排気浄化触媒の温度が上昇するに従い、排気浄化触媒の有する酸化能も上昇し、また排気浄化触媒の温度が活性温度とならないと、排気浄化触媒による酸化が効率的に行われない。そして、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度と排気浄化触媒の温度は、相互に関連しあって排気浄化触媒の酸化能に反映される。
【００２１】
そこで、前記燃料供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度に基づいて該排気浄化触媒への燃料供給を制御し、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料供給手段による該排気浄化触媒への燃料供給を開始する前記排気浄化触媒の温度を決定する。
【００２２】
即ち、排気浄化触媒への燃料供給を開始するためには、排気浄化触媒の温度がその酸化能が効率的に発揮される温度である活性温度以上の温度となる必要がある。しかし、上述までの排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度によって、排気浄化触媒の酸化能が効率的に発揮される温度の範囲、つまり活性温度の範囲が変動する。
【００２３】
排気の酸素濃度が高くなるに従い排気浄化触媒の酸化能が低下するため、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度が高くなると、活性温度の範囲が高温側に移行する。従って、そのような場合には、該排気浄化触媒への燃料の供給を開始する該排気浄化触媒の温度を、高温側に移行する必要がある。このようにすることで、該排気浄化触媒に供給された燃料が、より効率的に酸化され、燃料の大気への放出をより確実に抑制することが可能となる。
【００２４】
また、上述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒において、該排気浄化触媒に燃料を供給することで、発生する酸化熱によって該排気浄化触媒の温度を上昇させる場合、供給される燃料の分子量によっても該排気浄化触媒による酸化効率が変動する。例えば、排気浄化触媒によっては、供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する場合がある。これは、酸素被毒状態にある貴金属においてはその表面積が狭められているため、燃料の分子量が大きくなると燃料と貴金属との接触が困難となり、その結果、燃料の酸化が困難となるからと考えられる。そのため、供給される燃料の分子量が大きい場合に、分子量が小さい燃料と同量の燃料を排気浄化触媒に供給すると、排気浄化触媒による酸化効率の低下に伴い、供給された燃料が大気へ放出される虞がある。
【００２５】
ここで、排気浄化触媒に燃料を供給する手段として、内燃機関における燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等の燃焼条件を調整することで、排気中に未燃成分の燃料を残存させる手段と、排気通路を流れる排気に直接燃料を添加する手段が例示できる。前者によって排気浄化触媒に供給される燃料は、燃焼室内の高温雰囲気に曝されるため、その分子量が比較的小さく、一方で、後者によって排気浄化触媒に供給される燃料の分子量は、前者に比べ大きくなる。そのため、排気浄化触媒の温度を上昇させるためには、前者による燃料供給が好ましいが、該燃料供給は、内燃機関の出力に何らかの影響を及ぼすため、常時の供給や多量の燃料供給が困難である。従って、排気浄化触媒の速やかな昇温には、後者による燃料供給が必要となる。
【００２６】
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記燃料供給手段が、前記排気浄化触媒に流入する排気へ燃料を添加する燃料添加手段を有しているとき、前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期を決定する。
【００２７】
燃料の分子量が比較的大きくなる燃料添加手段によって供給された燃料においては、排気浄化触媒による酸化効率が比較的低い。そこで、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて燃料添加手段による排気への燃料添加により適切な時期、即ち、添加された燃料が効率的に酸化される時期を決定する。例えば、排気浄化触媒の酸化能がより高く保たれる排気の酸素濃度である時期に燃料を添加することで、分子量の大きい燃料の酸化効率を上昇させる。このようにすることで、該排気浄化触媒に供給された燃料が、より効率的に酸化され、燃料の大気への放出をより確実に抑制することが可能となる。
【００２８】
そこで、前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期以前の時期においては、前記内燃機関の燃焼条件を調整することで前記排気浄化触媒に燃料を供給し、前記燃料供給制御手段によって決定された燃料添加開始時期より後の時期においては、前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始することで前記排気浄化触媒に燃料を供給する。
【００２９】
この結果、燃料添加開始時期より前の時期においては、分子量が比較的小さい燃料の排気浄化触媒への供給が行われ、燃料添加開始時期より後の時期においては、分子量の比較
的大きい燃料が排気浄化触媒に供給されるため、排気浄化触媒の温度をより速やかに目的の温度まで上昇させるとともに、燃料の大気への放出も抑制され得る。
【００３０】
また、先述したとおり、排気浄化触媒の酸化能を決定する要因として、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度の他に、該排気浄化触媒の温度が挙げられる。そして、排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する。そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記燃料供給制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記燃料添加手段による排気への燃料添加を開始する前記排気浄化触媒の温度を算出し、前記排気浄化触媒の温度が前記燃料供給制御手段によって算出された温度を超えることをもって、前記燃料添加手段による排気への燃料添加開始時期とする。
【００３１】
これにより、排気浄化触媒の温度が活性温度に至っている場合であっても、比較的低い温度であれば、分子量の小さい燃料に対する酸化効率は高いものの、分子量の大きな燃料に対する酸化効率は低い。従って、このようなときに、分子量の大きい燃料の供給である排気への燃料添加を行うのは好ましくない。そこで、分子量の大きな燃料に対する酸化効率がある程度の高さに維持される排気浄化触媒の酸化能が発揮される排気浄化触媒の温度を、排気の酸素濃度から算出し、排気浄化触媒の温度がその算出された温度を超えたときに、排気への燃料添加が行われる。排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能は低下するため、排気への燃料添加を開始するための排気浄化触媒の温度は高温側に移行する。この結果、より適正な時期に燃料の供給が行われ、供給された燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【００３２】
先述までの内燃機関の排気浄化システムにおいては、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に基づいて、該排気浄化触媒に供給する燃料の量を制御するものであるが、次に、該排気浄化触媒に燃料を供給する際の、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度の制御を有する内燃機関の排気浄化システムを示す。
【００３３】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒へ燃料を供給するとき、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度制御手段と、を備える。
【００３４】
排気浄化触媒の有する、排気の酸素濃度に対する酸化能については先述の通りである。よって、この特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の酸素濃度が高くなるに従って、排気浄化触媒の酸化能は低下する。そこで、排気浄化触媒に供給される燃料の量に代えて、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度自身を、排気浄化触媒の酸化能が効率的に発揮し得る酸素濃度にすべく制御する。即ち、供給された燃料を効率的に酸化させるために、排気の酸素濃度を低下させる。これにより、排気浄化触媒に供給される燃料の酸化熱により、排気浄化触媒の温度をより確実に目的の温度まで上昇させるとともに、該燃料が大気へ放出されるのを抑制することが可能となる。
【００３５】
ここで、排気の酸素濃度を制御するために、燃焼室における燃焼条件、例えば吸気量やＥＧＲ量を制御すると、内燃機関の機関出力が変動したり、燃焼室における燃焼の安定性が阻害されたりする虞がある。そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段を、更に備え、前記酸素濃度制御手段は、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度が所定の濃度を超えるときに、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度
を低下させる。これにより、排気の酸素濃度が低下されるのは、所定の条件が成立しているときに限られるため、内燃機関の機関出力が変動したり燃焼室における燃焼の安定性が阻害されたりする虞が少なくなる。また、吸気量やＥＧＲ量を変更することで内燃機関の出力変動等の虞が少ない内燃機関の運転領域においてのみ、吸気量やＥＧＲ量を制御するようにしてもよい。
【００３６】
また、排気の酸素濃度を低下させるにあたって、排気の空燃比を制御してもよい。即ち、排気の酸素濃度を低下させるためには、排気の空燃比をリッチ側に移行するようにしてもよい。このようにすることで、排気浄化触媒に供給する燃料の量と、該排気の酸素濃度を同時に制御することが可能となる。この際、先述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒においては、概ねストイキ状態の空燃比とすると、排気浄化触媒の酸化能がより効率的に発揮される。
【００３７】
また、排気の空燃比をストイキ状態よりリッチ側の状態としても、排気浄化触媒の酸化能は高いレベルに維持されるが、排気浄化触媒に供給される燃料の量が多量であるため、燃料が大気へ放出される虞が大きくなる。そこで、排気の空燃比がリッチ状態である場合には、排気の空燃比を概ねストイキ状態となるまで移行させるようにしてもよい。
【００３８】
ここで、排気浄化触媒における、排気の酸素濃度に対する酸化能の特性は、先述したように排気浄化触媒の酸素被毒によるものと考えられる。そこで、排気浄化触媒に燃料を供給するに際して、上述のように排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を概ねストイキ状態とする場合、前記燃料供給手段によって前記排気浄化触媒への燃料供給を開始した後の所定期間において、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記略ストイキ状態の空燃比よりリッチ状態の空燃比とする。
【００３９】
これにより、排気浄化触媒に燃料を供給して、該排気浄化触媒の温度を目的の温度まで上昇させる場合に、所定期間において、排気の空燃比がリッチ状態となるため、排気浄化触媒の表面に吸着している酸素を排気浄化触媒から離脱させることが可能となる。これにより、排気浄化触媒の酸素被毒が解消されるため、酸化能が上昇し、供給された燃料によってより効率的に排気浄化触媒の温度が上昇する。ここで、前記所定期間とは、排気浄化触媒の酸素被毒の解消のために十分な、排気の空燃比をリッチ状態の空燃比とする期間である。
【００４０】
尚、排気の空燃比をリッチ状態とするのは、排気浄化触媒への燃料供給を開始した後の何れかの時期でよいが、より酸化能が高い状態において排気浄化触媒による燃料の酸化を行うために、排気浄化触媒への燃料の供給を開始した直後において、即ち、排気の空燃比を概ねストイキ状態とする前に、排気の空燃比を所定期間リッチ状態とし、その後に概ねストイキ状態とするのが好ましい。これにより、先ず排気浄化触媒の酸素被毒を除去し、排気浄化触媒の酸化能を回復させて、効率的な排気浄化触媒の昇温を行うことが可能となる。
【００４１】
ここで、排気に含まれる燃料の分子量によって、排気浄化触媒による酸化効率が変動するのは先述の通りである。内燃機関の運転状態によっては、排気に含まれる燃料の分子量が変動し、また排気へ直接燃料を添加することで排気浄化触媒に燃料を供給すると、排気中の分子量の大きい燃料の占める割合が上昇し、結果的に排気浄化触媒による酸化効率が低下し、供給された燃料が大気へ放出される虞がある。
【００４２】
そこで、前記内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段を、更に備える。そして、前記酸素濃度制御手段は、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する
排気に分子量の大きい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度をより低下させる。
【００４３】
即ち、内燃機関の運転状態や排気へ直接添加された燃料の量等から排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量がどのような状態となっているか、即ち、分子量の大きい燃料がどの程度含まれ、また分子量の小さい燃料がどの程度含まれているかを推定する。そして、分子量の大きい燃料が多く含まれるほど排気浄化触媒による酸化効率が低下するため、排気浄化触媒による酸化効率を可及的に上昇するべく、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させる。尚、排気に含まれる燃料の平均的な分子量がどの程度になるかを推定してもよい。その場合、平均的な分子量が大きいほど、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させるようにすればよい。これにより、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。
【００４４】
ここで、先述した排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒の具体的な構成には、少なくとも貴金属とアルカリ金属を含む触媒であればよい。そして、このような構成の排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、該排気浄化触媒の上流側の排気通路に、同様に少なくともと貴金属とアルカリ金属から構成される上段排気浄化触媒を設ける。即ち、排気浄化触媒と同様の、排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す触媒を、排気浄化触媒の上流側に設ける。
【００４５】
これにより、排気中に酸素を多く含む場合であっても、上流側に設けられた上段排気浄化触媒によって酸素が吸着されるため、下流側に位置する排気浄化触媒には酸素濃度のより低い排気が到達する。その結果、排気浄化触媒の酸化能を高く維持することが可能となる。また、排気に含まれる燃料は、酸素が吸着し酸化能が低下している上段排気浄化触媒においては酸化されず、酸化能が高く維持されている排気浄化触媒によって酸化され、以て、排気浄化触媒の温度が上昇する。
【００４６】
上述までの排気浄化触媒は、排気の酸素濃度が高くなるに従い該排気浄化触媒の酸化能が低下する特性を示す触媒であったが、次に、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該排気浄化触媒の酸化能が上昇する特性を示す触媒における、該触媒の昇温制御について示す。
【００４７】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を検出または推定する酸素濃度取得手段と、前記酸素濃度取得手段によって検出または推定される排気の酸素濃度に基づいて前記排気浄化触媒の酸化能を推定する酸化能推定手段と、前記酸化能推定手段によって推定される前記排気浄化触媒の酸化能が低くなる程、前記排気浄化触媒に流入する排気への燃料の供給を減量する燃料供給制御手段と、を備える。
【００４８】
排気浄化触媒において、上述の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示すその要因は排気浄化触媒の構成成分において、酸素を引きつける特性を示すアルカリ金属が含まれていないことと想定される。従って、酸化能を示す貴金属を構成成分とはするがアルカリ金属をその構成成分に含まない排気浄化触媒は、排気の酸素濃度が高くなるに従い、酸化反応に供される酸素の量が増加するため、該排気浄化触媒の酸化能は上昇する特性を示す。
【００４９】
そこで、このような特性を示す排気浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能が上昇すると推定し、一方で排気の酸素濃度が低くなるに従い、排気浄化触媒の酸化能が低下すると推定し、その
推定された排気浄化触媒の酸化能に応じた適正な量の燃料を排気浄化触媒に供給することで、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。
【００５０】
また、上述の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す排気浄化触媒は、排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が上昇し、一方で排気浄化触媒に供給される燃料の分子量が小さくなるに従い、該排気浄化触媒による酸化効率が低下する特性も示す。
【００５１】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路を流れる排気に含まれる物質を酸化する酸化能を有する触媒であって、該排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムであって、前記排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量状態を推定する分子量状態推定手段と、前記分子量状態推定手段によって、前記排気浄化触媒に流入する排気に分子量の小さい燃料が多く含まれると推定される程、前記排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を増加させる酸素濃度制御手段と、を備える。
【００５２】
即ち、内燃機関の運転状態や排気へ直接添加された燃料の量等から排気浄化触媒に流入する排気に含まれる燃料の分子量がどのような状態となっているか、すなわち分子量の小さい燃料がどの程度含まれ、また分子量の大きい燃料がどの程度含まれているかを推定する。そして、分子量の小さい燃料が多く含まれるほど排気浄化触媒による酸化効率が低下するため、排気浄化触媒による酸化効率を可及的に上昇するべく、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させる。尚、排気に含まれる燃料の平均的な分子量がどの程度になるかを推定してもよい。その場合、平均的な分子量が小さいほど、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を上昇させるようにすればよい。これにより、排気浄化触媒の温度を目的の温度までより確実に上昇させるとともに、供給された燃料が効率的に酸化されることで、燃料の外気への放出が抑制され得る。
【発明の効果】
【００５３】
排気の酸素濃度より、排気浄化触媒の有する酸化能をより確実に推定することで、排気浄化触媒の温度を目的とする温度により確実に到達せしめるとともに、供給される燃料の大気への放出を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００５５】
図１は、本発明が適用される内燃機関１の排気浄化システムの概略構成を示す図である。内燃機関１は、少なくとも１つの気筒２を有する圧縮着火内燃機関である。また、気筒２の燃焼室３内に直接、燃料を噴射する燃料噴射弁４を備えている。
【００５６】
次に、内燃機関１には吸気枝管５が接続されており、吸気枝管５の各枝管は、吸気ポート６を介して燃焼室３と接続されている。ここで、燃焼室３と吸気ポート６との連通は、吸気弁７の開閉によって行われる。また、吸気枝管５は吸気管８に接続されている。吸気管８には、該吸気管８内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。また、前記吸気管８における吸気枝管５の直上流に位置する部位には、該吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００５７】
一方、内燃機関１には排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１４を介して燃焼室３と接続されている。ここで、燃焼室３と排気ポート１４との連通は、排気弁１５の開閉によって行われる。前記排気枝管１３は更に排気管１６と接続され、排気管１６の途中には、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化触媒１７が設けられている。尚、排気浄化触媒１７の特性については、後述する。また、排気枝管１３から吸気枝管５に燃焼室３から排出された排気の一部を再循環させて燃焼室３に導入する再循環通路１８が連通している。再循環通路１８の途中には、再循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」という）の冷却を行うＥＧＲクーラ１９と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁２０が設けられている。更に、排気管１６に、該排気管を流れる排気に燃料を添加する燃料添加弁１２が設けられている。
【００５８】
ここで、燃料噴射弁４、燃料添加弁１２、吸気絞り弁１０およびＥＧＲ弁２０は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：Electronic Control Unitと称する）３０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ３０からの指令によって、燃料噴射弁４からの燃料の噴射時期および噴射量が制御され、以て内燃機関１の機関出力が制御される。同様に、燃料添加弁１２から排気へ添加される燃料の量、添加時期、燃焼室３へ流入する吸気量、燃焼室３に導入されるＥＧＲガス量等が制御される。
【００５９】
更に、アクセル開度センサ３１がＥＣＵ３０と電気的に接続されており、ＥＣＵ３０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１の機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ３２がＥＣＵ３０と電気的に接続されており、ＥＣＵ３０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度等を算出する。また、排気浄化触媒１７の上流側の排気管１６に、排気浄化触媒１７に流入する排気の温度を検出する上流側排気温度センサ３３が備えられ、ＥＣＵ３０と電気的に接続されている。そして、排気浄化触媒１７の下流側の排気管１６には、排気浄化触媒１７から流出する排気の温度と空燃比を検出する下流側排気温度センサ３４と排気空燃比センサ３５が設けられ、それぞれＥＣＵ３０と電気的に接続されている。
【００６０】
ここで、上述の排気浄化触媒１７は、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とする触媒であって、該触媒がフィルタに担持されている。よって、排気浄化触媒１７は、排気の空燃比がリーン状態である場合には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ状態となると吸蔵されているＮＯｘを還元し、放出することで、排気中のＮＯｘの浄化が行われる。更に、排気浄化触媒１７の構成成分である貴金属によって排気中の燃料や一酸化炭素等の酸化が行われる。また排気浄化触媒１７が担持されたフィルタによって、排気中の粒子状物質が捕集されることで、粒子状物質の大気への放出が抑制される。
【００６１】
このような排気浄化触媒１７の排気浄化機能が発揮されるためには、排気浄化触媒１７の温度が活性温度以上となる必要がある。排気浄化触媒１７の温度が活性温度より低い温度である場合、排気中のＮＯｘを効率的に浄化するのが困難となる。従って、排気を効率的に浄化するためには、排気浄化触媒１７の温度を速やかに活性温度まで上昇させるとともに、活性温度に維持することが必要となる。また、排気浄化触媒１７が担持されたフィルタに粒子状物質が捕集されるに従い排気管１６内の圧力が増加し、燃焼室３における燃料の燃焼に影響を及ぼす。従って、所定期間ごとに排気浄化触媒１７の温度を上昇させて、捕集された粒子状物質を酸化除去する必要がある。
【００６２】
そこで、排気浄化触媒１７の有する酸化能を利用して、即ち、排気浄化触媒１７に燃料を供給し、該酸化能によって燃料を酸化させることで発生する酸化熱によって、排気浄化触媒１７の温度の上昇または維持を図る。
【００６３】
ここで、排気浄化触媒１７の有する酸化能の特性について、図２および図３に基づいて説明する。図２は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度に対する排気浄化触媒１７の有する酸化能の推移を示すグラフである。グラフの横軸は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度を示し、横軸において点Ｓで表される酸素濃度は、排気浄化触媒１７に流入する排気の空燃比がストイキ状態である場合の酸素濃度である。また、グラフの縦軸は、排気浄化触媒１７の酸化能を表すＨＣ酸化率を示す。ＨＣ酸化率とは、排気浄化触媒１７に供給された燃料（ＨＣ）の量に対する排気浄化触媒１７によって酸化された燃料の量で表される。尚、図２においては、排気浄化触媒１７の温度は、活性温度に達している一定の温度である。
【００６４】
図２において、線Ｌ１は、排気浄化触媒１７に供給される燃料の分子量が比較的高い場合のＨＣ酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はＣ１０Ｈ２２で表される。また、線Ｌ２は、排気浄化触媒１７に供給される燃料の分子量が比較的低い場合のＨＣ酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はＣ３Ｈ６で表される。従って、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が上昇するに従い、排気浄化触媒１７のＨＣ酸化率は低下する。また、同一の排気の酸素濃度であっても、排気浄化触媒１７に供給される燃料の分子量が大きくなる程、排気浄化触媒１７のＨＣ酸化率は低下する。
【００６５】
排気浄化触媒１７を構成するアルカリ金属には、排気中のＮＯｘを吸蔵する、即ちＮＯｘを引きつける作用がある一方で、排気中の酸素も引きつける作用がある。そこで、アルカリ金属によって引きつけられた酸素が、該アルカリ金属の近傍に存在する貴金属の表面に吸着し貴金属の表面積を減少させて、貴金属による酸化効果を低下させることが、即ち、排気浄化触媒１７が酸素被毒状態となることが、排気浄化触媒１７の酸化能であるＨＣ酸化率を低下させる要因の一つと考え得る。また、排気の酸素濃度が同一であっても、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒１７のＨＣ酸化率が異なるのは、燃料の分子量が大きくなるに従い、表面積が減少した貴金属に対しては効率的に接触することが困難となることが要因と考えられる。そのため、酸素被毒状態にある排気浄化触媒１７に供給される燃料の分子量が大きくなるほど、燃料の酸化効率が低下する。
【００６６】
また、図３は、排気浄化触媒１７の温度に対する排気浄化触媒１７の有する酸化能の推移を示すグラフである。グラフの横軸は、排気浄化触媒１７の温度を示し、グラフの縦軸は、排気浄化触媒１７の酸化能を表すＨＣ酸化率を示す。ＨＣ酸化率は、図２に示すＨＣ酸化率と同義である。尚、図３においては、排気浄化触媒１７に供給される燃料の分子量は同一とする。
【００６７】
図３において、線Ｌ３は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が高い場合、例えば該排気の空燃比が若干リーン状態の空燃比である場合の、排気浄化触媒１７の酸化能の推移である。また、線Ｌ４は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が低い場合、例えば該排気の空燃比がストイキ状態の空燃比である場合の、排気浄化触媒１７の酸化能の推移である。図３に示すように、排気浄化触媒１７の温度が上昇するに従い、排気浄化触媒１７の酸化能は上昇するが、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度によって、その酸化能の上昇の程度は異なる。即ち、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い、排気浄化触媒１７の温度上昇にともなう酸化能の上昇率が小さくなる。
【００６８】
その結果、排気浄化触媒１７が活性状態であると判断するための排気浄化触媒１７の温度が、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度によって変動することになる。例えば、排気浄化触媒１７の活性状態を排気浄化触媒１７のＨＣ酸化率がＸ（％）以上の酸化能が得られる状態と仮定すると、線Ｌ３における酸素濃度の排気が排気浄化触媒１７に流入するときは、排気浄化触媒１７の温度がＴｓｔ１まで昇温する必要がある。また、線Ｌ４
における酸素濃度の排気が排気浄化触媒１７に流入するときは、排気浄化触媒１７の温度がＴｓｔ０（＜Ｔｓｔ１）まで昇温すればよいこととなる。
【００６９】
従って、図２および図３に示すように、排気浄化触媒１７の酸化能は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度によって変動するため、排気の酸素濃度によっては、供給された燃料が効率的に酸化されるとは限らない。そして、排気の酸素濃度によって、排気浄化触媒１７の温度上昇の程度も異なる。よって、排気浄化触媒１７の温度を目的の温度まで上昇させることが困難となったり、または供給された燃料が酸化されずに、大気へ放出されたりする虞がある。そこで、上述した排気浄化触媒１７の酸化能の特性を踏まえ、排気浄化触媒１７に燃料を供給することで排気浄化触媒の温度を上昇させる場合に、排気浄化触媒１７の温度を目的の温度まで上昇させるとともに、大気への燃料の放出をより確実に回避するための燃料供給制御について、以下に説明する。
【００７０】
図４は、排気浄化触媒１７の温度を目的の温度まで上昇させるとともに、大気への燃料の放出をより確実に回避するための排気浄化触媒１７への燃料供給制御（排気浄化触媒昇温制御）のフローチャートである。尚、該制御は、ＥＣＵ３０によって実行される。
【００７１】
先ず、Ｓ１０１では、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度Ｄｅを、内燃機関１の運転状態から推定する。例えば、吸気絞り弁１０の開度やＥＧＲ弁２０の開度および燃料噴射弁４からの燃料噴射量から求められる、燃焼室３内の燃焼に供された空気量と燃料量の割合等から、排出される排気の酸素濃度Ｄｅを推定する。その際、吸気絞り弁１０の開度等をパラメータとし、出力を排気の酸素濃度ＤｅとするマップをＥＣＵ３０内のメモリに格納しておき、該メモリにアクセスすることで排気の酸素濃度Ｄｅを推定する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００７２】
Ｓ１０２では、Ｓ１０１で推定した排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、排気浄化触媒１７への燃料供給を開始する排気浄化触媒１７の温度Ｔｓｔを算出する。図３に示したように、排気浄化触媒１７の温度上昇に伴う酸化能の上昇の程度は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度によって変動する。そこで、排気浄化触媒１７の酸化能が、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇している時期に、排気浄化触媒１７に燃料供給を開始する基準となる排気浄化触媒１７の温度Ｔｓｔを算出する。
【００７３】
尚、ここで、排気浄化触媒１７への燃料供給は、先ず内燃機関１の燃焼条件を調整することで行われる（後述するＳ１１０において行われる）。具体的には、内燃機関１の機関出力に大きく寄与する燃料噴射弁４から圧縮行程上死点近傍における燃料噴射の後の膨張行程もしくは排気行程において、燃料噴射弁４から燃焼室３内に燃料を噴射する（以下、該燃料噴射を「後噴射」という）。後噴射によって噴射された燃料は、燃焼室３内の高温の燃焼ガスに曝されるため、分子量が比較的小さい燃料が排気浄化触媒１７に供給される。従って、例えば、排気の酸素濃度に基づいて、図３におけるＴｓｔ０もしくはＴｓｔ１をＴｓｔとして算出する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００７４】
Ｓ１０３では、上流側排気温度センサ３３から検出される排気浄化触媒１７に流入する排気温度より、排気浄化触媒１７の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒１７の温度がＳ１０２で算出されたＴｓｔより大きいか否かが判定される。即ち、排気浄化触媒１７への燃料供給を開始することで排気浄化触媒１７の昇温を行うことが可能か否かを判断する。Ｓ１０３において、該排気温度がＴｓｔより大きいと判断されると、排気浄化触媒１７の温度は、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していることを意味し、Ｓ１０５へ進み、以降、排気浄化触媒１７への燃料供給が開始される。また、Ｓ１０３において、該排気温度がＴｓｔ以下であると判断されると、排気浄化触媒１７の温度は、供給される燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していないことを意味し、排気浄化触媒１７
への燃料供給は行われず、Ｓ１０４へ進む。
【００７５】
Ｓ１０３よりＳ１０４へ進む場合、Ｓ１０４では、排気浄化触媒１７に流入する排気自体の温度を上昇させることで、排気浄化触媒１７の温度上昇を図る。例えば、燃料噴射弁４からの圧縮上死点近傍の時期での燃料噴射を遅角することで、排気温度を上昇させる。Ｓ１０４の処理が終了すると、再びＳ１０１以降の処理が行われる。
【００７６】
Ｓ１０３よりＳ１０５へ進む場合、Ｓ１０５では、先述したＳ１０１と同様に、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度Ｄｅを、内燃機関１の運転状態から推定する。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００７７】
Ｓ１０６では、Ｓ１０５で推定した排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、排気浄化触媒１７への燃料供給において、分子量の大きい燃料の供給となる燃料添加弁１２からの燃料添加を開始する排気浄化触媒１７の温度Ｔａｓｔを算出する。Ｓ１０２の処理において説明したように、排気浄化触媒１７の温度上昇に伴う酸化能の上昇の程度は、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度によって変動する。そして、更に、供給される燃料の分子量が大きくなるに従い、排気浄化触媒１７による酸化効率は低下する。そこで、燃料添加弁１２による排気への添加を行うためには、排気浄化触媒１７の温度を、排気浄化触媒１７の酸化能が分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る酸化能となる温度とする必要がある。従って、排気浄化触媒１７による酸化効率が十分なものとなるために、排気の酸素濃度Ｄｅが高くなるに従い、Ｔａｓｔの値は大きくなる。尚、Ｓ１０１において推定された排気の酸素濃度Ｄｅと、Ｓ１０５において推定された排気の酸素濃度Ｄｅが同一の値であれば、Ｔｓｔ＜Ｔａｓｔという関係となる。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。
【００７８】
Ｓ１０７では、上流側排気温度センサ３３から検出される排気浄化触媒１７に流入する排気温度より、排気浄化触媒１７の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒１７の温度がＳ１０６で算出されたＴａｓｔより大きいか否かが判定される。即ち、燃料添加弁１２からの排気への燃料添加を行うことが可能か否かを判断する。Ｓ１０７において、該排気温度がＴａｓｔより大きいと判断されると、排気浄化触媒１７の温度は、分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していることを意味し、Ｓ１１１へ進み、以降、燃料添加弁１２からの排気への燃料添加が行われる。また、Ｓ１０７において、該排気温度がＴａｓｔ以下であると判断されると、排気浄化触媒１７の温度は、分子量の大きい燃料を効率的に酸化し得る程度に上昇していないことを意味し、燃料添加弁１２からの排気への燃料添加は行われず、分子量の小さい燃料の供給を行うべく、Ｓ１０８へ進む。
【００７９】
Ｓ１０７からＳ１０８以降へ進む場合、Ｓ１０８からＳ１１０において、排気浄化触媒１７への、分子量の小さい燃料の供給が行われる。Ｓ１０８では、先述したＳ１０１と同様に、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度Ｄｅを、内燃機関１の運転状態から推定する。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。
【００８０】
Ｓ１０９では、Ｓ１０８で推定した排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、排気浄化触媒１７の酸化能を推定する。即ち、図２中の線Ｌ２で示される排気の酸素濃度に対する酸化能の特性と、排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、現時点における排気浄化触媒１７の酸化能を推定する。Ｓ１０９の処理が終了すると、Ｓ１１０へ進む。
【００８１】
Ｓ１１０では、Ｓ１０９で推定した排気浄化触媒１７の酸化能に応じた量の燃料を排気浄化触媒１７に供給すべく、内燃機関１の燃焼条件を調整する。即ち、排気浄化触媒１７の酸化能が高いほど、多量の燃料を酸化することが可能であるため、排気浄化触媒１７へ供給される燃料の量が増量される。また、排気浄化触媒１７への燃料供給は、例えば、先述した後噴射によって行われる。Ｓ１１０の処理が終了すると、再びＳ１０７以降の処理
が行われる。
【００８２】
次に、Ｓ１０７からＳ１１１以降へ進む場合、Ｓ１１１からＳ１１３において、排気浄化触媒１７への、分子量の大きい燃料の供給が行われる。Ｓ１１１では、先述したＳ１０１と同様に、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度Ｄｅを、内燃機関１の運転状態から推定する。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。
【００８３】
Ｓ１１２では、Ｓ１１１で推定した排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、排気浄化触媒１７の酸化能を推定する。即ち、図２中の線Ｌ１で示される排気の酸素濃度に対する酸化能の特性と、排気の酸素濃度Ｄｅに基づいて、現時点における排気浄化触媒１７の酸化能を推定する。Ｓ１１２の処理が終了すると、Ｓ１１３へ進む。
【００８４】
Ｓ１１３では、Ｓ１１２で推定した排気浄化触媒１７の酸化能に応じた量の燃料を排気浄化触媒１７に供給すべく、燃料添加弁１２が制御される。即ち、排気浄化触媒１７の酸化能が高いほど、多量の燃料を酸化することが可能であるため、燃料添加弁１２より排気へ添加される燃料の量が増量される。Ｓ１１３の処理が終了すると、Ｓ１１４へ進む。
【００８５】
Ｓ１１４では、上流側排気温度センサ３３から検出される排気浄化触媒１７に流入する排気温度より、排気浄化触媒１７の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒１７の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。Ｓ１１４において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、Ｓ１１４において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びＳ１１１以降の処理が行われる。
【００８６】
本制御によると、排気浄化触媒１７の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒１７に供給するに際して、その燃料供給開始時期が排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度に基づいて決定される。更に、供給される燃料の分子量に応じてそれぞれの燃料の供給開始時期が該排気の酸素濃度に基づいて決定される。そして、燃料の供給時においても、該排気の酸素濃度に基づいて、排気浄化触媒１７の有する酸化能に対応した量の燃料が排気浄化触媒１７に供給される。これにより、排気浄化触媒１７の温度をより確実に目的の温度に上昇せしめるとともに、排気浄化触媒１７の酸化能に応じて適切な量の燃料が供給されることで、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【００８７】
尚、本制御においては、排気浄化触媒１７に供給される燃料の量を、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度に基づいて推定された、排気浄化触媒１７の有する酸化能に応じて増減させるが、該排気の酸素濃度が所定の酸素濃度以上となったときは、排気浄化触媒１７への燃料の供給自体を中断するようにしてもよい。特に、燃料添加弁１２による排気への燃料添加が行われている場合は燃料の分子量が比較的大きいため、該排気の酸素濃度が上昇すると、図２中の線Ｌ１で示されるように排気浄化触媒１７の酸化能は著しく低下する。そこで、大気への燃料の放出をより確実に抑制するために、燃料の供給自体を中断するようにしてもよい。尚、燃料供給の中断の基準となる所定の酸素濃度は、排気浄化触媒１７の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性に基づいて、決定すればよい。
【００８８】
また、図１に示す内燃機関１の排気浄化システムにおいては、排気浄化を行う触媒は、排気管１６に一つの排気浄化触媒１７が置かれている。そこで、更に、排気浄化触媒１７の上流側の排気管１６に、排気浄化触媒１７に対して直列となるように、排気浄化触媒１７と同様の排気の酸素濃度に対する酸化能の特性を示す、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とする触媒である上段排気浄化触媒を設ける。
【００８９】
これにより、排気中に酸素を多く含む場合であっても、上流側に設けられた上段排気浄
化触媒によって酸素が吸着されるため、下流側に位置する排気浄化触媒には酸素濃度の比較的低い排気が到達する。その結果、下流側の排気浄化触媒１７の酸化能を高く維持することが可能となる。また、排気に含まれる燃料は、酸素が吸着し酸化能が低下している上段排気浄化触媒においては酸化されず、酸化能が高く維持されている排気浄化触媒１７によって酸化される。以て排気浄化触媒１７の温度が効率的に上昇するとともに、燃料が大気へ放出されるのが抑制され得る。
【実施例２】
【００９０】
次に、図１に示す内燃機関１および内燃機関１の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒１７の昇温制御の第二の実施の形態を、図５に基づいて説明する。図５は、排気浄化触媒昇温制御のフローチャートである。尚、該制御は、ＥＣＵ３０によって実行される。
【００９１】
先ず、Ｓ２０１では、排気浄化触媒１７への燃料の供給を開始する。図４中のＳ１１０に示すように内燃機関１の燃焼条件を調整することで、または同図中のＳ１１３に示すように燃料添加弁１２より排気に燃料を添加することで、更にはこれらを同時に行うことで、排気浄化触媒１７への燃料供給が行われる。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００９２】
Ｓ２０２では、先述した図４中のＳ１０１と同様に、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度Ｄｅを、内燃機関１の運転状態から推定する。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。
【００９３】
Ｓ２０３では、Ｓ２０２で推定した排気の酸素濃度Ｄｅが、所定の酸素濃度Ｄｅ０より大きいか否かを判断する。ここで、所定の酸素濃度Ｄｅ０とは、排気浄化触媒１７の酸化能の低下の程度を判断するための閾値である。即ち、排気の酸素濃度ＤｅがＤｅ０より大きい場合は、排気浄化触媒１７の酸化能が低下し、供給された燃料を効率的に酸化することが困難であることを意味する。所定の酸素濃度Ｄｅ０は、Ｓ２０１で供給された燃料の量に応じて変動させてもよく、また、図２中の濃度Ｓで表すような、排気浄化触媒１７の酸化能が効率的である値に固定してもよい。Ｓ２０３において、排気の酸素濃度Ｄｅが所定の酸素濃度Ｄｅ０より大きいと判断されると、Ｓ２０４へ進む。一方で、Ｓ２０３において、排気の酸素濃度Ｄｅが所定の酸素濃度Ｄｅ０以下であると判断されると、Ｓ２０６へ進む。
【００９４】
Ｓ２０４では、排気浄化触媒１７に流入する排気に含まれる燃料の分子量の状態が推定される。例えば、Ｓ２０１において供給された燃料において、燃料添加弁１２によって排気へ添加される分子量の大きい燃料の量と、内燃機関１の燃焼条件を調整することで供給される分子量の小さい燃料の量の割合を、内燃機関１の運転状態や燃料添加弁１２からの燃料添加量から推定する。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。
【００９５】
Ｓ２０５では、Ｓ２０４において推定された排気中の燃料の分子量状態に基づいて、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度を、供給された燃料の酸化に必要な排気浄化触媒１７の酸化能が発揮される酸素濃度とすべく、ＥＧＲ弁２０の開度が調整される。即ち、燃料の供給量が多くなるほど、排気浄化触媒１７の酸化能が必要とされるため、排気の酸素濃度を低減すべくＥＧＲ弁２０の開度を大きくする。更に、図２に示すように、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒１７の酸化能は変動する。従って、Ｓ２０４において、排気中に分子量の大きい燃料が多く含まれる場合には、排気中に分子量の小さい燃料が多く含まれる場合に比べて、排気の酸素濃度をより低減するために、ＥＧＲ弁２０の開度を大きくする。好ましくは、排気の酸素濃度を、排気の空燃比がストイキ状態のときと同程度の酸素濃度（図２中の濃度Ｓ）とすると、排気浄化触媒１７の酸化能を高く維持することが可能となる。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ２０６へ進む。
【００９６】
Ｓ２０６では、上流側排気温度センサ３３から検出される排気浄化触媒１７に流入する排気温度より、排気浄化触媒１７の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒１７の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。Ｓ２０６において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、Ｓ２０６において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びＳ２０２以降の処理が行われる。
【００９７】
本制御によると、排気浄化触媒１７の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒１７に供給するに際して、供給された燃料の酸化に必要な酸化能を排気浄化触媒１７が発揮すべく、該排気の酸素濃度が調整される。これにより、排気浄化触媒１７の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【００９８】
尚、ＥＧＲ弁２０の開度調整を行うと燃焼室３内の燃料の燃焼条件が変動するため、内燃機関１の運転状態によっては、機関出力が変動したり、燃料の燃焼が不安定となったりする虞がある。しかし、本制御においては、Ｓ２０３において、排気の酸素濃度Ｄｅが所定の酸素濃度Ｄｅ０以下である場合には、ＥＧＲ弁２０の開度調整は行われないため、内燃機関１の機関出力や燃焼の安定性が変動するのを可及的に回避することが可能となる。更には、ＥＧＲ弁２０の開度を調整することで、内燃機関１の機関出力や燃焼の安定性に変動が生じる場合には、本制御は行わないようにしてもよい。
【００９９】
また、本制御のＳ２０５においては、ＥＧＲ弁２０の開度を調整することで排気浄化触媒１７へ流入する排気の酸化濃度を調整するが、ＥＧＲ弁２０に代えて吸気絞り弁１０の開度を調整することで排気の酸素濃度を調整するようにしてもよい。
【実施例３】
【０１００】
次に、図１に示す内燃機関１および内燃機関１の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒１７の昇温制御の第三の実施の形態を、図６に基づいて説明する。図６は、排気浄化触媒昇温制御のフローチャートである。尚、該制御は、ＥＣＵ３０によって実行される。
【０１０１】
先ず、Ｓ３０１では、タイマＴｒが始動される。Ｓ３０１の処理が終了すると、Ｓ３０２へ進む。
【０１０２】
Ｓ３０２では、排気浄化触媒１７に流入する排気の空燃比をリッチ状態の空燃比とする。排気の空燃比の制御については、排気空燃比センサ３５から得られる空燃比信号に基づいて、燃料添加弁１２からの排気への燃料の添加量を制御することで行われる。Ｓ３０２の処理が終了すると、Ｓ３０３へ進む。
【０１０３】
Ｓ３０３では、タイマＴｒの値が所定の時間Ｔ０より大きいか否かが判断される。タイマＴｒの値が所定の時間Ｔ０より大きいと判断されるとＳ３０４へ進み、タイマＴｒの値が所定の時間Ｔ０以下であると判断されるとＳ３０２以降の処理が再度行われる。
【０１０４】
Ｓ３０４では、排気浄化触媒１７に流入する排気の空燃比をストイキ近傍の空燃比とする。Ｓ３０５の処理が終了すると、Ｓ３０５へ進む。
【０１０５】
Ｓ３０５では、上流側排気温度センサ３３から検出される排気浄化触媒１７に流入する排気温度より、排気浄化触媒１７の温度を推定し、該推定された排気浄化触媒１７の温度が目的の温度より大きいか否かが判定される。Ｓ３０５において、該排気温度が目的の温度より大きいと判断されると、本制御を終了する。また、Ｓ３０５において、該排気温度が目的の温度以下であると判断されると、再びＳ３０４以降の処理が行われる。
【０１０６】
ここで、図７に、本制御によって調整される排気の空燃比の推移を示す。図７の横軸は時間を示し、縦軸は排気浄化触媒１７に流入する排気の空燃比を示す。尚、本制御が実行されるときの排気の空燃比をＡ１とし、Ａ１は図７に示すようにリーン状態の空燃比である。そして、本制御が実行されることで、排気の空燃比がリーン状態の空燃比Ａ１からリッチ状態の空燃比Ａ２に変動し、排気の空燃比がＡ２の状態が時間Ｔ０維持される。その後、排気の空燃比がストイキＡ０近傍の空燃比とされる。
【０１０７】
これによって、先ず排気浄化触媒１７の昇温制御において、先ず排気浄化触媒１７に流入する排気の空燃比がリッチ状態となることで、排気浄化触媒１７の酸素被毒が解消される。これによって、排気浄化触媒１７の酸化能が上昇し、供給される燃料の酸化がより効率的に行われる。従って、時間Ｔ０は、排気浄化触媒１７の酸素被毒を解消するために十分な時間であることが好ましい。尚、排気浄化触媒１７の酸素被毒をより効率的に解消するために、同時に、還元剤としての水素や一酸化炭素を排気浄化触媒１７に供給するようにしてもよい。そして、その後、排気の空燃比がストイキ近傍の空燃比になることで、排気浄化触媒１７の酸化能が高い状態において燃料の供給がされることで、排気浄化触媒１７の温度が目的の温度まで上昇し、更に過剰な燃料供給による燃料の大気への放出の抑制および燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【実施例４】
【０１０８】
次に、図１に示す内燃機関１および内燃機関１の排気浄化システムにおける、排気浄化触媒１７の昇温制御の第四の実施の形態について説明する。先述までの実施の形態においては、排気浄化触媒１７の酸化能に基づいて、排気浄化触媒１７への燃料供給や排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が制御される。
【０１０９】
そこで、本実施の形態においては、更に、排気浄化触媒１７の触媒劣化を考慮して、排気浄化触媒１７への燃料供給や排気の酸素濃度が制御される。先ず、上流側排気温度センサ３３および下流側排気温度センサ３４によって検出される排気温度より排気浄化触媒１７の触媒劣化の程度を推定する。例えば、燃料添加弁１２より排気への燃料添加量がＱのとき、本来、排気浄化触媒１７によって排気の温度がΔＴ１上昇する場合に、上流側排気温度センサ３３および下流側排気温度センサ３４によって検出される排気温度差がΔＴ２（ΔＴ２＜ΔＴ１）とすると、排気浄化触媒１７の触媒機能は、ΔＴ１−ΔＴ２に相当する分だけ劣化していると考えられる。排気浄化触媒１７の触媒機能が劣化すると、その酸化能は低下する。
【０１１０】
そこで、排気浄化触媒１７の温度上昇の低下分ΔＴ１−ΔＴ２に基づいて、先述までの実施の形態における、排気浄化触媒１７の酸化能または該酸化能に関連したパラメータを補正する。例えば、排気浄化触媒１７が触媒劣化している場合には、その酸化能が低下しているため、酸化能に応じた燃料の供給量を減量する補正を行う。即ち、排気浄化触媒１７の温度上昇の低下分ΔＴ２−ΔＴ１が大きくなるに従い、排気浄化触媒１７の酸化能に応じた燃料の供給量をより減量させる。
【０１１１】
また、排気浄化触媒１７が触媒劣化している場合には、排気浄化触媒１７への燃料供給を開始する排気浄化触媒１７の温度である燃料供給開始温度Ｔｓｔや、燃料添加弁１２より排気への燃料添加を開始する排気浄化触媒１７の温度である燃料添加開始温度Ｔａｓｔの値を、その触媒劣化の程度が大きくなるに従い、高くするようにしてもよい。更に、排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度を調整することで、排気浄化触媒１７の酸化能を制御する場合には、排気浄化触媒１７の触媒劣化の程度が大きくなるに従い、より排気の酸素濃度を低下させるべく、ＥＧＲ弁２０の開度をより大きくしたり、吸気絞り弁１０の開度をより小さくしたりしてもよい。
【０１１２】
このような、排気浄化触媒１７の酸化能の補正を行うことで、より適正な排気浄化触媒１７への燃料供給や排気の酸素濃度制御が可能となり、以て、排気浄化触媒１７の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【実施例５】
【０１１３】
上述までの実施の形態においては、図１に示す内燃機関１の排気浄化システムには、排気を浄化するための排気浄化触媒１７は、少なくとも貴金属とアルカリ金属を構成成分とすることで、先述した排気浄化触媒１７に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が低下する特性を示す。ここで、本実施の形態においては、該特性を示す排気浄化触媒１７に代わって、貴金属を構成成分とするとともに、アルカリ金属をその構成成分としない触媒である排気浄化触媒２１を用いる内燃機関１の排気浄化システムを示す。
【０１１４】
排気浄化触媒２１は、その構成成分にアルカリ金属を含まないため、排気浄化触媒１７に比べ、構成成分である貴金属が酸素被毒を生じる虞が少ない。従って、排気浄化触媒２１の酸化能の特性は、排気浄化触媒１７の場合と異なり、排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度が高くなるに従い該触媒の酸化能が増大する特性を示す。これは、構成成分である貴金属が酸素被毒状態となりにくいため、排気中に酸素が多く存在するほど、排気浄化触媒１８に供給される燃料の酸化が、より活発に行われるのが要因と考えられる。
【０１１５】
そこで、排気浄化触媒２１において燃料を供給することでその温度上昇を行う場合、排気浄化触媒２１の示す酸化能の特性を考慮する。図８に、排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度に対する排気浄化触媒２１の有する酸化能の推移のグラフを示す。グラフの横軸は、排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度を示し、横軸において点Ｓで表される酸素濃度は、排気浄化触媒２１に流入する排気の空燃比がストイキ状態である場合の酸素濃度である。また、グラフの縦軸は、排気浄化触媒２１の酸化能を表すＨＣ酸化率を示す。ここで、ＨＣ酸化率は、図２中のＨＣ酸化率と同義である。尚、図８においては、排気浄化触媒２１の温度は、活性温度に達している一定の温度である。
【０１１６】
図８において、線Ｌ５は、排気浄化触媒２１に供給される燃料の分子量が比較的大きい場合のＨＣ酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はＣ１０Ｈ２２で表される。また、線Ｌ６は、排気浄化触媒２１に供給される燃料の分子量が比較的低い場合のＨＣ酸化率の推移であり、本実施の形態では、該燃料はＣ３Ｈ６で表される。従って、排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度が上昇するに従い、排気浄化触媒２１のＨＣ酸化率は増大する。また、同一の排気の酸素濃度であっても、排気浄化触媒２１に供給される燃料の分子量が大きくなる程、排気浄化触媒２１のＨＣ酸化率は大きくなる。
【０１１７】
そこで、排気浄化触媒２１に燃料を供給することで、その酸化能を利用し、排気浄化触媒２１の温度を上昇させる場合、図８に示す特性を考慮する。例えば、図４中のＳ１０１と同様に、内燃機関１の運転状態から排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度を推定する。次に、その推定された排気の酸素濃度と、図８に示す排気浄化触媒２１の酸化能の推移とに基づいて、燃料を供給する時点での排気浄化触媒２１が示す酸化能を推定する。そして、推定された排気浄化触媒２１の酸化能に対応した量の燃料を排気浄化触媒２１に供給する。即ち、排気の酸素濃度が高いときは、排気浄化触媒２１の酸化能は高くなるため、それに応じて排気浄化触媒２１に供給する燃料の量を増量し、排気の酸素濃度が低くなるほど、排気浄化触媒２１の酸化能は低くなるため、それに応じて排気浄化触媒２１に供給する燃料の量を減量する。排気浄化触媒２１にこのような燃料供給を行うことで、排気浄化触媒２１の温度をより確実に目的の温度まで上昇させるとともに、供給された燃料が排気浄化触媒２１によって酸化されずに大気へ放出されるのを抑制することが可能とな
る。
【０１１８】
尚、図８に示すように排気浄化触媒２１に供給される燃料の分子量によっても、排気浄化触媒２１による燃料の酸化効率が異なる。そこで、排気の酸素濃度が同一であるときは、排気浄化触媒２１に供給される燃料の分子量が大きい場合、例えば、燃料添加弁１２によって排気へ燃料を添加することで排気浄化触媒２１に燃料を供給する場合は、燃料の分子量が小さい場合、例えば、内燃機関１の燃焼条件を調整することで排気浄化触媒２１に燃料を供給する場合と比べて、供給される燃料の量を増量するようにしてもよい。
【０１１９】
また、排気浄化触媒２１の酸化能は、流入する排気の酸素濃度によっても変動する。そこで、排気浄化触媒２１に供給される燃料に応じて、排気の酸素濃度を調整してもよい。そこで、排気浄化触媒２１に流入する排気における燃料の分子量状態を推定し、その推定された排気中の燃料の分子量状態に基づいて、排気浄化触媒２１に流入する排気の酸素濃度を、供給された燃料の酸化に必要な排気浄化触媒２１の酸化能が発揮される酸素濃度とすべく、ＥＧＲ弁２０の開度や吸気絞り弁１０の開度を調整する。
【０１２０】
即ち、燃料の供給量が多くなるほど、排気浄化触媒２１の酸化能が必要とされるため、排気の酸素濃度を増加する。更に、図８に示すように、供給される燃料の分子量によって排気浄化触媒２１の酸化能は変動する。従って、推定された排気中の燃料の分子量状態が、排気中に分子量の小さい燃料が多く含まれる状態である場合には、排気中に分子量の大きい燃料が多く含まれる状態である場合に比べて、排気の酸素濃度をより増加するために、ＥＧＲ弁２０の開度を小さく、または吸気絞り弁１０の開度を大きくする。
【０１２１】
その結果、排気浄化触媒２１の温度を上昇するために燃料を排気浄化触媒２１に供給するに際して、供給された燃料の酸化に必要な酸化能を排気浄化触媒２１が発揮すべく、該排気の酸素濃度が調整される。これにより、排気浄化触媒２１の温度をより確実に目的の温度に上昇するとともに、供給された燃料が効率的に酸化され、以て、燃料が大気へ放出されるのをより確実に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムおよび該排気浄化システムの制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおける排気浄化触媒の、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の酸化能の推移を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおける排気浄化触媒の、該排気浄化触媒の温度に対する該排気浄化触媒の酸化能の推移を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒の昇温制御を行うための第一の制御フローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒の昇温制御を行うための第二の制御フローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒の昇温制御を行うための第三の制御フローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、第三の制御フローチャートに示す排気浄化触媒の床温制御が行われるときの、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比の推移を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化システムにおける排気浄化触媒の、該排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度に対する該排気浄化触媒の酸化能の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２３】
１・・・・内燃機関
３・・・・燃焼室
４・・・・燃料噴射弁
１０・・・・吸気絞り弁
１２・・・・燃料添加弁
１７・・・・排気浄化触媒
２０・・・・ＥＧＲ弁
２１・・・・排気浄化触媒
３０・・・・ＥＣＵ
３１・・・・アクセル開度センサ
３２・・・・クランクポジションセンサ
３３・・・・上流側排気温度センサ
３４・・・・下流側排気温度センサ
３５・・・・排気空燃比センサ
【図１】
2005061367.tif 000003
【図２】
2005061367.tif 000004
【図３】
2005061367.tif 000005
【図４】
2005061367.tif 000006
【図５】
2005061367.tif 000007
【図６】
2005061367.tif 000008
【図７】
2005061367.tif 000009
【図８】
2005061367.tif 000010